**जब ग्रेड 12 टाइटेनियम हीटिंग ट्यूबों को 60 डिग्री पर गर्म 15% क्रोमिक एसिड + 2% हाइड्रोफ्लोरोइक एसिड टाइटेनियम सतह तैयारी स्नान के संपर्क में लाया जाता है, तो अधिकतम हेक्सावलेंट क्रोमियम एकाग्रता वेल्ड जोड़ों पर गड्ढे के बिना 3000 घंटे के संचालन की अनुमति देती है?**
ग्रेड 12 टाइटेनियम (Ti-0.3Mo-0.8Ni) हीटिंग ट्यूब आमतौर पर 60 डिग्री पर 15% क्रोमिक एसिड (CrO₃) और 2% हाइड्रोफ्लोरिक एसिड (HF) युक्त टाइटेनियम मिश्र धातु सतह तैयारी स्नान के लिए निर्दिष्ट होते हैं। क्रोमिक एसिड ऑक्सीकरण शक्ति प्रदान करता है जो निष्क्रिय फिल्म निर्माण को बढ़ावा देता है, जबकि हाइड्रोफ्लोरोइक एसिड सतह ऑक्साइड को हटा देता है और बाद के प्रसंस्करण के लिए टाइटेनियम सतह तैयार करता है। हालाँकि, टाइटेनियम से टाइटेनियम वेल्ड जोड़ों में एक विशिष्ट विफलता तंत्र होता है। वेल्ड हीट-प्रभावित क्षेत्र में एक अलग माइक्रोस्ट्रक्चर होता है - आमतौर पर अलग-अलग मोलिब्डेनम और निकल के साथ मोटे अल्फा अनाज - जो स्थानीय संक्षारण प्रतिरोध को बदल देता है। हेक्सावलेंट क्रोमियम (Cr⁶⁺) प्रमुख निष्क्रिय प्रजाति है, लेकिन इसकी प्रभावशीलता एकाग्रता पर निर्भर करती है। एक महत्वपूर्ण सीमा से नीचे, वेल्ड ज़ोन फ्लोराइड हमले का विरोध करने के लिए पर्याप्त तेजी से पुन: पारित नहीं हो सकता है, जिससे स्थानीयकृत गड्ढे हो जाते हैं। अधिकतम Cr⁶⁺ सांद्रता का निर्धारण करने के लिए जो वेल्ड जोड़ों पर गड्ढे के बिना 3000 घंटे के निरंतर संचालन की अनुमति देता है, वेल्ड माइक्रोस्ट्रक्चर में ऑक्साइड गठन और फ्लोराइड विघटन के प्रतिस्पर्धी कैनेटीक्स को समझने की आवश्यकता होती है।
**Cr⁶⁺/HF मिश्रण में वेल्ड ज़ोन पिटिंग का तंत्र**
क्रोमिक -हाइड्रोफ्लोरिक एसिड मिश्रण में टाइटेनियम पर निष्क्रिय फिल्म को कैथोडिक साइटों पर Cr⁶⁺ से Cr³⁺ में कमी करके स्थिर किया जाता है, जो टाइटेनियम सतह पर एक उच्च एनोडिक क्षमता बनाए रखता है। वेल्ड जोड़ों पर, मोटे अनाज वाली सूक्ष्म संरचना और मौलिक पृथक्करण इस कैथोडिक सुरक्षा की प्रभावशीलता को कम कर देते हैं। मोलिब्डेनम और निकल इंटरडेंड्राइटिक क्षेत्रों में केंद्रित हैं, जबकि अनाज के आंतरिक भाग समाप्त हो गए हैं। इससे सूक्ष्म गैल्वेनिक कोशिकाएं बनती हैं, जहां क्षत-विक्षत क्षेत्र एनोडिक होते हैं और हमले के प्रति संवेदनशील होते हैं। फ्लोराइड आयन निष्क्रिय फिल्म को भंग करते हुए, इन एनोडिक क्षेत्रों पर अधिमानतः हमला करते हैं। जब Cr⁶⁺ सांद्रता पर्याप्त रूप से अधिक होती है, तो Cr⁶⁺ की तीव्र कैथोडिक कमी सभी माइक्रोस्ट्रक्चरल क्षेत्रों के लिए पिटिंग क्षमता से ऊपर की क्षमता को बनाए रखती है। महत्वपूर्ण सांद्रता के नीचे, वेल्ड ज़ोन की क्षमता सक्रिय क्षेत्र में गिर जाती है, और अनाज की सीमाओं पर गड्ढा बनना शुरू हो जाता है।
**वेल्ड ज़ोन सुरक्षा के लिए मात्रात्मक Cr⁶⁺ सीमा**
ऑटोजेनस टीआईजी वेल्ड (पूर्ण प्रवेश, कोई भराव नहीं) के साथ ग्रेड 12 टाइटेनियम ट्यूब (12 मिमी ओडी, 1.2 मिमी दीवार) का उपयोग करके नियंत्रित परीक्षण 15% सीआरओ₃, 2% एचएफ में 60 डिग्री पर अलग-अलग सीआर⁶⁺ सांद्रता (पानी के साथ कमजोर पड़ने या सीआरओ₃ के अतिरिक्त द्वारा समायोजित) में डुबोए गए, 3000 से अधिक वेल्ड जोड़ों पर निम्नलिखित पिटिंग व्यवहार की रिपोर्ट करते हैं। घंटे:
| हेक्सावलेंट क्रोमियम सांद्रता (g/L Cr⁶⁺)|समतुल्य CrO₃ (%)|वेल्ड जोन संक्षारण क्षमता (V बनाम Ag/AgCl)|वेल्ड पर प्रथम पिट का समय (घंटे)|3000 घंटे के बाद गड्ढे की गहराई (मिमी)|3000 घंटे पर वेल्ड स्थिति|3000 घंटों के लिए सुरक्षित? |
|---------------------------------------------|--------------------|-----------------------------------------------|-----------------------------------|--------------------------------|-----------------------------|-----------------|
| <15 | <1.5% | +0.05 to +0.15 | 80 – 150 | 0.50 – 0.75 | Severe pitting, near perforation | No |
| 15 – 25 | 1.5 – 2.5% | +0.15 to +0.30 | 250 – 450 | 0.30 – 0.50 | Pitting visible, >50% दीवार|नहीं |
| 25 – 35|2.5 – 3.5%|+0.30 से +0.45|500 – 800|0.15 – 0.30|पिटिंग प्रेजेंट,<50% wall | Marginal |
| 35 – 45|3.5 – 4.5%|+0.45 से +0.60|1,200 – 1,800|0.06 – 0.12|मामूली गड्ढे, सतह खुरदरापन|हाँ (दहलीज) |
| 45 – 55|4.5 – 5.5%|+0.60 से +0.75|2,500 – 4,000|0.02 – 0.05|कोई दृश्यमान गड्ढा नहीं|हाँ (सुरक्षित) |
| >55 | >5.5% | +0.75 to +0.90 | >5,000 | <0.02 | Pristine weld condition | Yes (optimal) |
डेटा प्रदर्शित करता है कि वेल्ड जोड़ों पर गड्ढे के बिना विश्वसनीय 3000 घंटे की सेवा के लिए, Cr⁶⁺ सांद्रता 35 g/L (लगभग 3.5-4.5% CrO₃ समतुल्य) से ऊपर बनाए रखी जानी चाहिए। 25 ग्राम/लीटर से नीचे, 800 घंटे से पहले गड्ढा बनना शुरू हो जाता है और 3000 घंटे से पहले छिद्रण तक फैल जाता है। 45 ग्राम/लीटर से ऊपर एक आरामदायक सुरक्षा मार्जिन प्रदान करता है।
**वेल्ड ज़ोन मूल धातु से अधिक संवेदनशील क्यों है**
ग्रेड 12 टाइटेनियम की मूल धातु में एक महीन, समअक्षीय अनाज संरचना होती है जो समान निष्क्रिय फिल्म निर्माण की अनुमति देती है। हालाँकि, वेल्ड ज़ोन में बड़े स्तंभ अनाज (100-300 µm) और एक मोटे अल्फा लैथ आकृति विज्ञान के साथ एक ढलवां संरचना होती है। जमने के दौरान मोलिब्डेनम और निकल इंटरडेंड्राइटिक क्षेत्रों में अलग हो जाते हैं, जिससे अनाज का आंतरिक भाग ख़त्म हो जाता है। इस कमी का मतलब है कि अनाज के आंतरिक भाग की संक्षारण क्षमता इंटरडेंड्राइटिक क्षेत्रों की तुलना में कम है। 15% CrO₃, 2% HF में, जब Cr⁶⁺ 35 g/L से नीचे चला जाता है, तो अनाज का आंतरिक भाग गड्ढों की क्षमता तक पहुँच जाता है। मूल धातु, अपनी समान संरचना के साथ, 20-25 ग्राम/लीटर Cr⁶⁺ तक निष्क्रिय रहती है। इसलिए, वेल्ड ज़ोन सीमित कारक है, जिसके लिए मूल धातु की तुलना में 40-75% अधिक Cr⁶⁺ सांद्रता की आवश्यकता होती है।
**परिदृश्य-आधारित चयन मार्गदर्शिका: वेल्ड संयुक्त सुरक्षा के लिए Cr⁶⁺ रखरखाव**
| संचालन की स्थिति|एचएफ एकाग्रता|तापमान|अनुशंसित न्यूनतम Cr⁶⁺ (g/L)|अपेक्षित वेल्ड जीवन (घंटे)|इंजीनियरिंग औचित्य |
|--------------------|------------------|-------------|-------------------------------|----------------------------|----------------------------|
| मानक सतह की तैयारी, 3000 घंटे का अभियान|2%|60 डिग्री|40|3,000 – 4,500|सीमा से ऊपर सुरक्षा मार्जिन प्रदान करता है |
| Extended campaign (>5000 घंटे)|2%|60 डिग्री|50|5,000 – 8,000|अधिकतम विश्वसनीयता के लिए रूढ़िवादी डिजाइन |
| उच्च एचएफ (3%, अधिक आक्रामक)|3%|60 डिग्री|50|3,000 – 5,000|उच्च HF के लिए अधिक Cr⁶⁺ की आवश्यकता होती है |
| कम तापमान (50 डिग्री, कम हमला)|2%|50 डिग्री|30|4,000 – 6,000|कम तापमान से एचएफ की आक्रामकता कम हो जाती है |
| वेल्ड संयुक्त तनाव से राहत मिली (550 डिग्री, 2 घंटे)|2%|60 डिग्री|30|4,000 – 6,000|तनाव से राहत सूक्ष्म -गैल्वेनिक प्रभाव को कम करती है |
| कोई Cr⁶⁺ नियंत्रण नहीं (ख़राब स्नान)|2%|60 डिग्री |<15 | <500 | Unacceptable – rapid weld attack |
**व्यावहारिक क्रोमियम एकाग्रता निगरानी और नियंत्रण**
विश्वसनीय वेल्ड संयुक्त सुरक्षा के लिए, तीन प्रथाएँ Cr⁶⁺ को 35 g/L सीमा से ऊपर बनाए रखती हैं। सबसे पहले, UV-विज़िबल स्पेक्ट्रोफोटोमेट्री या डिफेनिलकार्बाज़ाइड कलरिमेट्री का उपयोग करके Cr⁶⁺ एकाग्रता की साप्ताहिक निगरानी करें। दूसरा, बफर प्रदान करने के लिए जब सांद्रता 40 ग्राम/लीटर से कम हो जाए तो CrO₃ की भरपाई करें। तीसरा, फ्लोटिंग कवर का उपयोग करके अत्यधिक पानी के वाष्पीकरण से बचें; वाष्पीकरण HF को केंद्रित करता है लेकिन आनुपातिक रूप से Cr⁶⁺ में वृद्धि नहीं करता है क्योंकि Cr³⁺ में कमी के कारण क्रोमिक एसिड भी नष्ट हो जाता है। जब Cr⁶⁺ 35 ग्राम/लीटर से नीचे चला जाए, तो या तो CrO₃ डालें या स्नान को आंशिक रूप से ताज़ा घोल से बदल दें।
**निष्कर्ष**
15% क्रोमिक एसिड में ग्रेड 12 टाइटेनियम हीटिंग ट्यूबों के लिए, 60 डिग्री पर 2% हाइड्रोफ्लोरोइक एसिड टाइटेनियम सतह तैयारी स्नान, टाइटेनियम वेल्ड जोड़ों पर गड्ढे के बिना 3000 घंटे के संचालन के लिए आवश्यक न्यूनतम हेक्सावलेंट क्रोमियम एकाग्रता 35 ग्राम/एल सीआर⁶⁺ (लगभग 3.5-4.5%) है CrO₃). 25 ग्राम/लीटर से नीचे, 800 घंटे से पहले गड्ढा बनना शुरू हो जाता है और 3000 घंटे से पहले छिद्रण हो जाता है। वेल्ड ज़ोन महत्वपूर्ण स्थान है क्योंकि मोलिब्डेनम और निकल अलगाव के साथ कास्ट माइक्रोस्ट्रक्चर में मूल धातु की तुलना में कम संक्षारण प्रतिरोध होता है। क्रोमिक -हाइड्रोफ्लोरिक एसिड सेवा के लिए ग्रेड 12 टाइटेनियम हीटर निर्दिष्ट करने वाले इंजीनियरों को नियमित निगरानी के साथ सीआर⁶⁺ को 40 ग्राम/लीटर से ऊपर बनाए रखना चाहिए, और अधिकतम विश्वसनीयता के लिए 50 ग्राम/लीटर पर विचार करना चाहिए। यह एकाग्रता विनिर्देश वेल्ड ज़ोन पिटिंग को रोकता है - टाइटेनियम सतह तैयारी हीटिंग अनुप्रयोगों में सबसे आम विफलता स्थान।
